益生菌对肠道黏膜免疫的影响.doc

1、益生菌对肠道黏膜免疫的影响李亚杰，赵献军西北农林科技大学动物科技学院人和动物的胃肠道、呼吸道、泌尿生殖道的黏膜及一些和分泌腺有关黏膜，构成了机体的重要黏膜系统，它对人和动物的健康至关重要。黏膜免疫已经成为新的免疫研究热点，这是因为机体 95%以上的感染发生在黏膜或由黏膜入侵机体，另外黏膜既存在局部免疫，又存在共同黏膜免疫系统（commonmucosalimmunesystem, CMIS)。动物的先天性或非特异性免疫应答，亦即机体免疫系统识别和排除各种异物，主要依靠机体黏膜的屏障作用。1 肠道黏膜免疫1.1 肠道黏膜免疫的重要性肠道不仅是消化吸收的重要场所，同时也是“应激反应的中心器官”和“多

2、脏器功能衰竭（multipleorgandeficiencysyndrome, NODS）的始动器官”，又是机体内最大的细菌和内毒素库。肠道黏膜免疫系统包括肠道相关淋巴组织（gutassociatedlymphoid tissues,GALT）和有关细胞、分子成分，如淋巴细胞、巨噬细胞、各种白细胞、嗜银细胞和抗体、溶菌酶、抗菌肽等。肠道相关淋巴组织由肠上皮淋巴细胞（intestinalintraepitheliallymphocytes, IEL）、固有层淋巴细胞(laminaproprialymphocyte,LPL)、微皱褶细胞（又称膜上皮细胞、M 细胞）和回肠集合淋巴结（payerspa

3、tches,PP）等肠相关淋巴组织构成1。它可抵御细菌、病毒和毒素从消化道入侵，肠黏膜抗体形成细胞占体内的抗体细胞的 70%80%，产生免疫球蛋白 A（IgA）的量比体内其他 Ig 类型的总量还要多。肠道与单核 巨噬细胞系统、肝、脾等免疫功能器官相比，是最大的免疫器官。肠道淋巴组织最大，超过所有组织。肠道黏膜面积巨大，约2 倍于皮肤表面，每时每刻黏膜都要接触大量抗原，担负着重要的免疫功能。1.2 肠道黏膜免疫的机制黏膜免疫与系统免疫有所不同，黏膜免疫主要是发挥免疫抑制作用，而系统免疫主要起免疫增强作用，这与两个系统的不同作用方式有关。对抗病原微生物的肠黏膜免疫可分为先天性免疫和后天获得性免疫，

4、其先天性免疫是构成肠黏膜屏障的基础2。发生在肠道中的黏膜免疫反应是由肠黏膜表面附着的抗原引发的，肠道黏膜中的淋巴滤泡集结将抗原物质转移到淋巴滤泡集结中的巨噬细胞，巨噬细胞对抗原进行加工，并将抗原转移给辅助性 T 细胞，辅助性 T 细胞激活 B 淋巴细胞，B 淋巴细胞分化增强产生大量分泌型 IgA（SIgA），SIgA 是黏膜免疫的主要效应因子，虽然 SIgA 难以通过激活补体等途径直接杀伤病毒，但是可以通过大量非炎性反应途径清除病毒感染。SIgA 发挥主要作用的部位是局部黏膜，局部黏膜免疫的基本原理是由于局部抗原刺激比全身更能有效的刺激机体黏膜分泌大量 SIgA，可有效中和黏膜上皮内的病原体、

5、细菌毒素和酶，捕捉黏膜内层病原体，削弱细菌表面疏水性，阻止病毒附着、细菌黏附和抗原的黏附，刺激肠道黏膜表面分泌黏蛋白降解病毒，同时加速黏液在黏膜表面移动，从而加速了细菌和内毒素等有毒物质的排出，还可与细菌等形成免疫复合物并排除体外。大量的黏膜免疫细胞参与摄取、递呈抗原、诱导发生免疫反应、产生免疫效应因子（主要是 SIgA），发挥免疫作用，抵抗病原微生物对机体的侵袭。2 益生菌对肠道黏膜免疫的作用2.1 益生菌对肠道黏膜免疫作用的机理肠道微生物对肠道组织的形态功能和代谢有很大影响。动物胃肠道的微生物数量超过了动物体内细胞的数量，种类达 400 多种3,而这些微生物在动物的消化道内又具有定位、定性

6、、定量和定宿主等特点。正常肠道内定植有双歧杆菌、优杆菌、乳酸杆菌和类链球菌等厌氧菌和革兰氏阴性菌为主的菌群，这些菌为肠道正常菌群的优势菌群，与肠黏膜紧密结合构成肠道的生物屏障，能通过占位效应、营养竞争及其分泌的各种代谢产物及细菌素等抑制条件致病菌的过度生长及外来致病菌的入侵，维持肠道的微生态平衡。毫无疑问，肠道菌群在肠道免疫中起着非常重要的作用4。肠道菌群的协调是维持动物正常消化功能和防止疾病发生的一个重要因素，当外界环境变化时，肠道内的条件性病原菌就会引发消化道疾病，此时黏膜屏障的功能就会受损，肠腔内细菌可达到肠系膜淋巴结，并可能进一步侵犯远处脏器。益生菌作为一种活的有机体，存在肠道黏膜上并

7、对肠道黏膜有保护和上接作用，可以治疗各种肠道疾病。种种迹象表明益生菌在肠道黏膜免疫作用中发挥重大的功效5-6。在动物的饲料中添加一定量的益生菌或微生态制剂，对预防外界环境变化时肠道菌群的紊乱有明显的作用。益生菌可直接作用于宿主的免疫系统，诱发肠道免疫，并刺激胸腺、脾脏和法氏囊等免疫器官的发育，促进巨噬细胞活力或发挥佐剂作用，活化肠黏膜内相关淋巴组织，使 SIgA 分泌增加。通过增强 T、B 细胞对抗原刺激的反应性，发挥特异性免疫作用活化肠黏膜内的相关淋巴组织，使 SIgA 生物合成增加提高消化道黏膜免疫功能，诱导淋巴细胞和巨噬细胞产生细胞因子，发挥免疫调节作用，从而增强机体免疫功能。益生菌来源

8、于肠道正常菌群的生理性活菌制剂，无毒无害进入体内大量繁殖，迅速补充肠道正常菌群，纠正菌群失衡，提高定植能力。益生菌的细胞壁成分、代谢产物、菌体细胞等均可能刺激动物的肠道黏膜免疫系统。在肠道黏膜表面上存在分泌性免疫（secretoryimmunity）,而黏膜表面上的 SIgA 提供了第一道免疫防线。SIgA 是黏膜组织免疫应答的特征，SIgA 抗体可通过阻碍黏膜与细菌和病毒的接触从而给黏膜表面提供特殊的免疫屏障。在穿越上皮时，在上皮细胞内显示其抗微生物的能力。2.2 益生菌对肠道黏膜的细胞免疫作用益生菌包括乳酸酸菌和芽孢杆菌，已经有试验证明益生菌可以加强哺乳动物肠道黏膜的抗体反应，也有研究表明

9、，在鸟类肠道中益生菌可增加肠道免疫耐受7。杨玉荣等8报道雏鸡灌服益生素后检测盲肠扁桃体，派伊尔结，哈德尔腺 IgA，IgM 和IGGgG 生成细胞数量明显高于对照组，表明益生素能提高雏鸡呼吸道和消化道黏膜免疫组织抗体生成细胞数量。葛凤霞(1998)等报道，乳酸杆菌注入小鼠腹腔后，反应巨噬细胞活化状态的酸性磷酸酶。非特异性酯酶的数量明显增加，巨噬细胞的体内及体外细胞毒作用也显著增强。电镜下，可以观察巨噬细胞体积增大，伪足增多，细胞器的数量增多。柳洪洁等9报道干酪乳酸杆菌和保加利亚乳酸杆菌还通过巨噬细胞和 T 细胞、NK 细胞活性的增强来提高机体的免疫。巨噬细胞、NK 细胞和 T 细胞的活化，有益

10、于增强周围血管和局部淋巴结中淋巴细胞的免疫。刘克琳(1994)研究报道，肉鸡饲喂微生物饲料添加剂后 6 周胸腺、脾脏和法氏囊重量分别较对照组高出一半以上。动物免疫器官重量的增加是由于其自身细胞生长发育和分裂增加所致，重量增加表明机体的免疫机能提高9。且淋巴细胞和浆细胞数量也明显增多，由浆细胞产生特异抗体，发挥体液免疫功能，从而健全全身免疫系统，提高免疫功能。益生菌可激活巨噬细胞的活性及细胞因子介导素的分泌，增强免疫功能。GillHS 报道，益生菌能够激发机体特异性和非特异性的免疫应答，从而能够预防和治疗胃肠道的疾病10。2.3 益生菌对肠道黏膜的体液免疫作用肠黏膜免疫屏障指 SIgA 的抗细菌

11、黏附功能和上皮内淋巴细胞的免疫监视作用。SIgA 能够中和毒素、病毒和酶等生物活性抗原，具有广泛的保护作用，但其主要作用是阻止细菌对肠上皮细胞表面的吸附11。有试验证明，给 1 日龄雏鸡饲喂乳酸杆菌，在早期可以显著提高雏鸡消化道 SIgA 抗体的水平。随着日龄的增加，试验组和对照组之间 SIgA 抗体水平趋于一致。动物研究显示，肠道内给予乳酸杆菌能显著减少新生动物肠道内致病性大肠埃希菌的易位12。临床研究也证实，新生儿喂养益生菌后，肠道内厌氧菌群增加而致病性微生物减少，同时血中内毒素或细菌易位。Mangiante 等对急性胰腺炎动物模型的研究结果也显示，实验动物在应用乳酸杆菌后肠道细菌易位发生

12、率显著降低。在腹膜炎动物模型中，植物乳酸杆菌能阻止内毒素进入血液。植物乳酸杆菌 299 和 299v 还能抑制革兰氏阴性厌氧菌、大肠埃希菌、难辨梭菌及亚硝酸盐的产生13。2.4 益生菌对肠道黏膜免疫的影响乳酸杆菌、芽孢杆菌、双歧杆菌和酵母菌是益生菌制剂中最常用、具代表性的菌种。各种菌通过肠道并在肠道壁黏附发挥益生作用14。（1）乳酸杆菌。肠道免疫作用的产生主要依赖原籍菌群，当微生物菌群在动物出生后就发展并延续整个生命的时候，微生物与宿主免疫系统的相互作用也开始了。乳酸杆菌作为一种重要的原籍菌，能通过与肠上皮表面特异性的受体结合，有序地定植在肠上皮表面，构成有层次的厌氧菌菌膜，并与其他厌氧菌一起

13、构成膜菌群。它们一方面起占位性保护作用，保护肠黏膜免受其他病原菌的黏附与入侵；另一方面通过产生有机酸、过氧化氢等其他物质抑制病原菌的黏附、生长和繁殖，从而发挥屏障效应。研究显示，植物乳酸杆菌 299v 是通过表达甘露糖特异性黏附素而与宿主肠上皮发生黏附。另外，乳酸杆菌还能促进损伤的肠黏膜上皮修复，防止致病菌在肠上皮细胞间移位。体外和体内试验表明，乳酸杆菌能通过下述作用，如有机酸降低 pH、营养竞争、占位、产生抑制毒素的代谢产物、合成有抗菌活性的细菌素、黏附定植以及形成膜菌群等，抑制致病菌或条件致病菌的生长，维持肠道固有菌群，保证溶菌酶、蛋白分解酶的分泌，从而保护了肠道生物屏障15。在啮齿类动物

14、试验中发现，如果在其出生和幼年时期肠菌群减少，可以导致个体免疫系统成熟延迟。有研究表明，乳酸杆菌可以影响动物的免疫功能，增强自然免疫力，增加肠道黏膜对外界的抵抗力16。最新益生菌研究发现，乳酸杆菌（La-GG）有诱导细胞核因子 Kb（Nuclear- factor-kB，NF-KB）介导反应的能力，NF-KB 可活化肠腔 Toll 样受体。Toll 样受体是肠道免疫的重要启动者。Gauffin 等用干酪乳酸菌作为食物添加剂饲喂营养不良的鼠模型，结果发现由营养不良导致的肠黏膜屏弊和黏膜免疫功能损害，可以通过干酪乳酸杆菌的补充而恢复。（2）芽孢杆菌。肠道菌群与宿主形成一个相互依赖、相互作用的微生态

15、系统，此为肠粘膜的生物屏障。Ozawa 等（1987）通过用枯草芽孢杆菌饲喂断奶仔猪，饲喂的芽孢杆菌能稳定动物肠道微生物区系，枯草芽孢杆菌数量不断增加。有试验发现，日粮中添加 0.2%芽孢杆菌制剂及 0.2%芽孢杆菌和 0.4%果寡糖联用，可明显增加各肠断内容物中的芽孢杆菌数量，由此表明肠道芽孢杆菌的增值是芽孢杆菌制剂发挥抑菌效果的内在原因17。潘康成等报道地衣芽孢杆菌对家兔细胞免疫和体液免疫有不同程度的促进作用。Cong 等报道，长期服用益生素可减少胃肠道感染，益生素能够在体内建立有益菌的优势菌群，限制病原菌的增长并能产生营养物质，对慢性胃肠炎的治疗更为有效。Harsharnjit 等报道，

16、长期服用益生素可减少胃肠道感染，因为其有益菌不仅起到机械性防御作用，还会刺激机体产生特异性和非特异性免疫应答作用。Karimi 报道，益生菌能够平衡动物肠道菌群。益生菌对畜禽免疫功能有显著的增强作用，地乳生态合剂对预防和治疗仔猪黄、白痢效果显著，特别是在一些滥用抗生素，导致体内耐药菌株增加，体内菌群失调的猪厂，应用该制剂疗效更加显著。益生菌可以降低肠道通透性，增强特异性黏膜免疫反应，加强 IgA 和 IgM 的作用来修复肠道屏障功能。用益生菌治疗 IL-10 基因缺陷鼠的大肠炎，发现益生菌对肠道黏膜屏障功能有上接作用18。新生儿喂养益生菌后，肠道内厌氧菌群增加而致病性微生物减少，同时血液中内毒

17、素水平降低，减轻内毒素或细菌易位。因此可以证明益生菌等活菌能在动物肠道内定植并维护肠道菌群平衡，刺激肠黏膜免疫系统，发生体液免疫和细胞免疫应答，促进免疫器官的生长和发育，以及黏膜免疫功能的增强，提高机体抗病能力。3 益生菌在肠道黏膜免疫中应用的展望肠道微生物保持着宿主的微生态平衡，当正常微生物种群紊乱时，微生态系统的平衡被破坏，动物消化生长功能受阻或失调，导致疾病发生。益生菌制剂也称为微生态制剂或微生态调节剂，是在微生态学理论指导下，调整微生态失调，保持微生态平衡，提高宿主（动物、植物和人）健康水平或增进健康状态的益生菌（微生物）及其代谢产物和生长促进物质的制品。微生物治疗中加用益生菌制剂，调

18、整了肠道菌群失调，使肠道中双歧杆菌，乳酸菌增多而减少革兰阴性杆菌，减少了内毒素产生，使内毒素试验转阴性，容易加速肝功能改善及临床症状缓解。微生态制剂有两类，即活菌制剂，死菌及其代谢产物。微生态制剂按成分来分为益生菌（piobiotics）、益生元（prebiotics）和合生元（synbiotics）。益生菌菌种必需是肠道内菌群的正常成员，可利用其活菌，死菌及其代谢产物。有试验采用培菲康作为活菌制剂，含双歧杆菌，嗜酸乳酸杆菌和粪链球菌，采用乐托尔作为一种死菌制剂，其内含惟一从人体分离，与肠黏膜有较好黏附力的嗜酸乳酸杆菌的代谢产物，其代谢产物有乳酸杀菌素，乳酸杆菌素，乳酸乳菌素和乳酸菌素，是目前含菌素较高的微生态制剂19。随着黏膜免疫研究的不断发展和完善，在未来的预防免疫中，黏膜免疫将会发挥越来越重要的作用，同时益生菌在黏膜中的应用也将更加突出。